RU2594923C2 - Grinding tool for processing fragile materials and method of its manufacturing - Google Patents

Grinding tool for processing fragile materials and method of its manufacturing Download PDF

Info

Publication number
RU2594923C2
RU2594923C2 RU2014106604/02A RU2014106604A RU2594923C2 RU 2594923 C2 RU2594923 C2 RU 2594923C2 RU 2014106604/02 A RU2014106604/02 A RU 2014106604/02A RU 2014106604 A RU2014106604 A RU 2014106604A RU 2594923 C2 RU2594923 C2 RU 2594923C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
matrix
grinding tool
metal
abrasive particles
silicon nitride
Prior art date
Application number
RU2014106604/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014106604A (en
Inventor
Майкл ТОЛИН
Фредрик ВЕСТБЕРГ
Стефан Берг
Ида ЙОХАНССОН
Original Assignee
Слипнаксос Актиеболаг
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Слипнаксос Актиеболаг filed Critical Слипнаксос Актиеболаг
Publication of RU2014106604A publication Critical patent/RU2014106604A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2594923C2 publication Critical patent/RU2594923C2/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24DTOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/02Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent
    • B24D3/04Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic
    • B24D3/06Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic metallic or mixture of metals with ceramic materials, e.g. hard metals, "cermets", cements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24DTOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/02Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent
    • B24D3/04Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic
    • B24D3/06Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic metallic or mixture of metals with ceramic materials, e.g. hard metals, "cermets", cements
    • B24D3/08Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic metallic or mixture of metals with ceramic materials, e.g. hard metals, "cermets", cements for close-grained structure, e.g. using metal with low melting point
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/18Non-metallic particles coated with metal
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24DTOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D18/00Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for
    • B24D18/0009Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for using moulds or presses
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24DTOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/02Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent
    • B24D3/20Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially organic
    • B24D3/22Rubbers synthetic or natural
    • B24D3/24Rubbers synthetic or natural for close-grained structure
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24DTOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/02Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent
    • B24D3/20Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially organic
    • B24D3/28Resins or natural or synthetic macromolecular compounds
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24DTOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/34Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents characterised by additives enhancing special physical properties, e.g. wear resistance, electric conductivity, self-cleaning properties
    • B24D3/342Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents characterised by additives enhancing special physical properties, e.g. wear resistance, electric conductivity, self-cleaning properties incorporated in the bonding agent
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24DTOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D5/00Bonded abrasive wheels, or wheels with inserted abrasive blocks, designed for acting only by their periphery; Bushings or mountings therefor
    • B24D5/02Wheels in one piece
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24DTOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D5/00Bonded abrasive wheels, or wheels with inserted abrasive blocks, designed for acting only by their periphery; Bushings or mountings therefor
    • B24D5/06Bonded abrasive wheels, or wheels with inserted abrasive blocks, designed for acting only by their periphery; Bushings or mountings therefor with inserted abrasive blocks, e.g. segmental
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24DTOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D7/00Bonded abrasive wheels, or wheels with inserted abrasive blocks, designed for acting otherwise than only by their periphery, e.g. by the front face; Bushings or mountings therefor
    • B24D7/06Bonded abrasive wheels, or wheels with inserted abrasive blocks, designed for acting otherwise than only by their periphery, e.g. by the front face; Bushings or mountings therefor with inserted abrasive blocks, e.g. segmental
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24DTOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B24D99/005Segments of abrasive wheels
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C26/00Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C32/00Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
    • C22C32/0047Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents
    • C22C32/0068Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents only nitrides
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10Processes characterised by the sequence of their steps

Abstract

FIELD: metal processing.
SUBSTANCE: invention relates to abrasive processing. Grinding tool (1) includes core (2) and abrasive rim (4) containing abrasive particles (5) embedded into the matrix (6) containing a metal binding agent representing a fused bronze alloy and making 50-100 % of matrix volume, wherein metal binding agent contains silicon nitride in amount of 0.02-5.00 % of metallic binder, the silicon nitride is present in the form of grains with average size of less than 10 microns and more than 0.1 micron. Method involves fusing of abrasive particles together with metal powder containing copper and tin to produce matrix (6) in which abrasive particles (5) are embedded, and the matrix containing a metal binding agent represents fused bronze alloy; before fusing the metal powder is added with silicon nitride powder in such quantity that silicon nitride makes 0.02-5.00 % of metallic binder.
EFFECT: technical result consists in enhanced wear resistance ensuring even and predictable wear.
14 cl, 8 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF THE INVENTION

Изобретение является шлифовальным инструментом, в частности шлифовальным инструментом для обработки твердых и/или хрупких материалов, таких как карбид вольфрама. Шлифовальный инструмент может быть, в том числе, шлифовальным кругом. Изобретение также связано со способом изготовления такого шлифовального инструмента.The invention is a grinding tool, in particular a grinding tool for processing hard and / or brittle materials, such as tungsten carbide. The grinding tool may be, inter alia, a grinding wheel. The invention also relates to a method for manufacturing such a grinding tool.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION

Шлифовальные инструменты, такие как шлифовальные круги, используются для обработки хрупких материалов. Одной из областей использования таких шлифовальных инструментов является обработка инструментов, которые сделаны из твердого металла (карбида вольфрама). Например, шлифовальный инструмент может быть использован для механической обработки, при которой придается форма сверлам или фрезам шлифованием. Если заготовка, которой необходимо придать форму, выполнена из твердого материала, такого как карбид вольфрама, абразивный инструмент должен иметь абразивные частицы из очень твердого материала. На практике это обычно означает, что абразивными частицами являются алмазные частицы или зерна борозона. Алмазы или зерна борозона для этой цели, являются коммерчески доступными и могут рассматриваться в качестве стандартных компонентов. Алмазы для этой цели могут обычно иметь нормальный или средний размер частиц в 50 мкм (размер частиц, безусловно, варьируется) и имеют множество острых краев, которые могут резать твердые материалы, такие как карбид вольфрама.Grinding tools, such as grinding wheels, are used to process fragile materials. One of the applications of such grinding tools is the processing of tools that are made of hard metal (tungsten carbide). For example, a grinding tool can be used for machining, in which it is shaped by grinding drills or mills. If the preform to be shaped is made of a solid material, such as tungsten carbide, the abrasive tool should have abrasive particles of a very hard material. In practice, this usually means that the abrasive particles are diamond particles or borozone grains. Diamonds or grains of borozone for this purpose are commercially available and can be considered as standard components. Diamonds for this purpose can usually have a normal or average particle size of 50 microns (the particle size certainly varies) and have many sharp edges that can cut hard materials such as tungsten carbide.

Известным типом шлифовального инструмента для этой цели является шлифовальный круг с сердечником, который может быть сделан, например, из металлического материала, такого как сталь или алюминий. Сердечник также может быть изготовлен из неметаллического материала, такого как полимерный материал. Сердечник может быть выполнен в виде диска, который может быть установлен на шпиндель инструмента для вращения вокруг оси металлического сердечника, имеющего форму диска. Абразивный ободок окружает сердечник и соединен с ним. Абразивный ободок может содержать абразивные частицы, внедренные в матрицу одним или более связующим. Материал, используемый в абразивном ободке, как правило, более дорогой, чем материал сердечника. По этой причине абразивный ободок имеет меньшую протяженность в радиальном направлении, чем сердечник (т.е. абразивный ободок обычно является меньшей частью шлифовального круга, так как он дороже).A known type of grinding tool for this purpose is a core grinding wheel, which can be made, for example, of a metal material such as steel or aluminum. The core may also be made of non-metallic material, such as a polymeric material. The core can be made in the form of a disk, which can be mounted on the tool spindle for rotation around the axis of a metal core having a disk shape. An abrasive rim surrounds the core and is connected to it. The abrasive rim may contain abrasive particles embedded in the matrix by one or more binders. The material used in the abrasive rim is usually more expensive than the core material. For this reason, the abrasive rim has a smaller radial extent than the core (i.e., the abrasive rim is usually a smaller part of the grinding wheel, since it is more expensive).

Во время шлифовки, абразивный ободок постепенно изнашивается. Когда он изношен полностью, шлифовальный круг не может больше использоваться.During grinding, the abrasive rim gradually wears out. When it is completely worn out, the grinding wheel can no longer be used.

Известные связующие вещества для абразивных ободков шлифовальных кругов, включают полимерные связующие агенты, такие как, например, бакелит. Также, связующее может представлять собой керамическое связующее. Известно также об использовании металлических связующих веществ из бронзы, которые были произведены путем спекания. В таких операциях спекания металлический порошок, содержащий медь и олово спекают совместно с абразивными частицами, такими как алмазные частицы или зерна борозона. Иногда, может быть добавлено серебро, так что бронза содержит медь (Си), олово (Sn) и серебро (Ag). В прошлом, практический опыт показал, что сплавы Cu/Sn/Ag хорошо проявляют себя в качестве связующих агентов для абразивов и что такие связующие вещества хорошо функционируют в процессе шлифования. Хотя точная причина этого не совсем понятна. Как полагают изобретатели, улучшенная теплопроводность, вызванная добавлением серебра, может объяснить, почему сплавы, содержащие серебро, проявляют себя хорошо как связующие для абразивных материалов. Тем не менее серебро дорого, другие бронзовые сплавы могут быть использованы для того, чтобы снизить стоимость и настоящее изобретение применимо также к бронзовым сплавам без серебра.Known binders for abrasive rims of grinding wheels include polymeric binders, such as, for example, bakelite. Also, the binder may be a ceramic binder. It is also known about the use of metallic binders from bronze, which were produced by sintering. In such sintering operations, a metal powder containing copper and tin is sintered together with abrasive particles such as diamond particles or borosone grains. Sometimes, silver may be added, so that bronze contains copper (Cu), tin (Sn) and silver (Ag). In the past, practical experience has shown that Cu / Sn / Ag alloys perform well as bonding agents for abrasives and that such binders function well in the grinding process. Although the exact reason for this is not entirely clear. According to the inventors, the improved thermal conductivity caused by the addition of silver may explain why alloys containing silver perform well as binders for abrasive materials. However, silver is expensive, other bronze alloys can be used to reduce costs, and the present invention is also applicable to bronze alloys without silver.

Другие известные сочетания бронзы для этой цели, включают медь/олово/кобальт (Cu/Sn/Co) и медь/олово/никель (Cu/Sn/Ni). Кроме того, было предложено, чтобы сочетания бронзы для этой цели могли включать медь/олово/титан (Cu/Sn/Ti).Other known bronze combinations for this purpose include copper / tin / cobalt (Cu / Sn / Co) and copper / tin / nickel (Cu / Sn / Ni). In addition, it has been proposed that bronze combinations for this purpose could include copper / tin / titanium (Cu / Sn / Ti).

Еще одна известная система включает композиционный материал полимерного связующего и металлического связующего, в котором металлический порошок спекают совместно с полимерным материалом таким образом, что образуется матрица, в которой полимерное связующее и металлическое связующее (как правило, бронзовый сплав, как описано выше) тесно переплетаются друг с другом на микроскопическом уровне. В таких композиционных материалах, как металлическое связующее, так и полимерный связующий агент формируют цепь. Соответствующие цепи связующих веществ проникают друг в друга. Такая гибридная матрица, которая содержит как металлическое связующее, так и полимерный связующий агент, раскрыта, например, в патенте США №6063148.Another known system includes a composite material of a polymer binder and a metal binder, in which the metal powder is sintered together with the polymer material so that a matrix is formed in which the polymer binder and the metal binder (usually a bronze alloy, as described above) are closely intertwined with a friend at the microscopic level. In such composite materials, both the metal binder and the polymer binder form a chain. The corresponding chains of binders penetrate each other. Such a hybrid matrix, which contains both a metal binder and a polymeric binder, is disclosed, for example, in US Pat. No. 6,063,148.

В дополнение к металлическому и полимерному связующим, такие композиционные материалы обычно включают один или несколько наполнителей. Одним из таких наполнителей может быть графит, который используется из-за его смазочных свойств.In addition to metal and polymer binders, such composite materials typically include one or more fillers. One of these fillers may be graphite, which is used because of its lubricating properties.

Используемые абразивные частицы могут иметь различные свойства. Например, хрупкость алмазов может варьироваться в зависимости от цели использования шлифовального инструмента. Свойства различных алмазов могут быть подобраны для удовлетворения свойств различных связующих (или композиций связующих).The abrasive particles used may have various properties. For example, the fragility of diamonds can vary depending on the purpose of using a grinding tool. The properties of various diamonds can be selected to satisfy the properties of various binders (or binder compositions).

В хорошем шлифовальном инструменте, абразивные частицы должны быть связаны в своей матрице таким образом, чтобы шлифовальные функции инструмента соответствовали желаемым. Предпочтительно, чтобы шлифовальная заточка имела хорошее сопротивление износу, так чтобы она могла использоваться в течение длительного периода. Тем не менее хорошая износостойкость не является единственным желательным свойством и шлифовальный инструмент с наивысшей устойчивостью к износу, не обязательно является лучшим выбором. Другое желательно свойство - низкое энергопотребление (т.е., чтобы мощность, необходимая для привода шлифования, была не слишком высокой) и постоянные или, по крайней мере, предсказуемые эксплуатационные свойства. Если эффект шлифования абразивным ободком изменяется слишком часто в течение долгого времени, это вызывает трудности. Это особенно относится к производительности шлифовального инструмента, изменение которой не поддается прогнозированию.In a good grinding tool, the abrasive particles must be bonded in their matrix so that the grinding functions of the tool match the desired. Preferably, the grinding sharpening has good wear resistance, so that it can be used for a long period. However, good wear resistance is not the only desirable property and a grinding tool with the highest wear resistance is not necessarily the best choice. Another desirable property is low power consumption (i.e., so that the power needed to drive the grinding is not too high) and constant or at least predictable performance. If the grinding effect of the abrasive rim changes too often over time, this is difficult. This is especially true for grinding tool performance, the change of which cannot be predicted.

Степень износа шлифовального инструмента при заданных условиях зависит в большой степени от свойств матрицы, в которую внедрены абразивные частицы. Таким образом, состав матрицы имеет важное значение.The degree of wear of the grinding tool under given conditions depends to a large extent on the properties of the matrix into which the abrasive particles are embedded. Thus, the composition of the matrix is important.

Когда шлифовальный инструмент используется для механической обработки заготовки, острые углы и грани абразивных частиц воздействуют на обрабатываемую деталь. Таким образом, прилагается сила на абразивные частицы, внедренные в матрицу. В ходе шлифования абразивные частицы повреждаются. Постепенно, небольшие кусочки отрываются с абразивных частиц так, что абразивные частицы постепенно истираются. Когда абразивные частицы в одной области абразивного ободка были полностью изношены, заготовка сталкивается с матрицей напрямую. Матрица, как таковая, менее твердая, чем заготовка, и она быстро изнашивается. В результате свежие абразивные частицы, выходящие на поверхность абразивного ободка, могут начать воздействовать на обрабатываемую деталь.When a grinding tool is used for machining a workpiece, sharp angles and faces of abrasive particles act on the workpiece. Thus, a force is applied to the abrasive particles embedded in the matrix. During grinding, abrasive particles are damaged. Gradually, small pieces come off the abrasive particles so that the abrasive particles gradually wear out. When the abrasive particles in one area of the abrasive rim were completely worn, the workpiece collides with the matrix directly. The matrix, as such, is less solid than the workpiece, and it wears out quickly. As a result, fresh abrasive particles emerging on the surface of the abrasive rim can begin to act on the workpiece.

Тем не менее, если матрица, которая содержит абразивные частицы, слишком слабая, абразивные частицы могут отрываться от матрицы до их износа. Когда это происходит в части поверхности абразивного ободка, заготовка вступает в прямой контакт с относительно хрупкой матрицей и преждевременно изнашивают матрицу. Когда это происходит, потребляемая мощность падает мгновенно, пока столько матрицы износится, чтобы свежие абразивные частицы вышли на поверхность. В результате, абразивный ободок шлифовального инструмента изнашивается быстрее, чем это произошло в случае, если бы работа шлифовального инструмента была запрограммирована заранее. Следствием этого может быть то, что шлифование не происходит должным образом так, как шлифовальный инструмент установлен в режим, основанном на принятии диаметра инструмента, который теперь неправильный. Эта проблема становится более серьезной, если абразивный ободок изношен на столько, что трудно предсказать. Например, если износ происходит резкими шагами, которые приходят через неравномерные интервалы.However, if the matrix that contains the abrasive particles is too weak, the abrasive particles may come off the matrix before they wear out. When this occurs in part of the surface of the abrasive rim, the workpiece comes in direct contact with a relatively fragile matrix and prematurely wear out the matrix. When this happens, power consumption drops instantly, as long as the matrix wears out so that fresh abrasive particles come to the surface. As a result, the abrasive rim of the grinding tool wears out faster than it did if the grinding tool had been programmed in advance. The consequence of this may be that grinding does not occur properly as the grinding tool is set to a mode based on assuming the diameter of the tool, which is now incorrect. This problem becomes more serious if the abrasive rim is so worn out that it is difficult to predict. For example, if wear occurs with abrupt steps that come at irregular intervals.

Также желательно, чтобы требуемая мощность для шлифования могла поддерживаться на низком уровне, чтобы потребление энергии в процессе шлифования могло быть сведено к минимуму.It is also desirable that the required power for grinding can be kept low so that energy consumption during grinding can be minimized.

Другим желательным свойством шлифовальных инструментов является высокий коэффициент шлифования. Коэффициент шлифования выражает соотношение между объемом материала, удаленного с помощью шлифовального инструмента с рабочей заготовки, и объемом, потерянным шлифовальным инструментом (износ инструмента). Хороший шлифовальный инструмент имеет высокий коэффициент шлифования.Another desirable property of grinding tools is a high grinding coefficient. The grinding coefficient expresses the ratio between the volume of material removed with the grinding tool from the workpiece and the volume lost by the grinding tool (tool wear). A good grinding tool has a high grinding ratio.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание шлифовального инструмента, который имеет хорошую устойчивость к износу. Дальнейшие цели изобретения должны обеспечить инструмент с регулярным и предсказуемым износом, необходимостью малой мощности для высокого коэффициента шлифования. Эти цели достигаются с помощью настоящего изобретения, что будет описано ниже.Thus, it is an object of the present invention to provide a grinding tool that has good wear resistance. Further objectives of the invention should provide a tool with regular and predictable wear, the need for low power for a high coefficient of grinding. These goals are achieved using the present invention, which will be described below.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Изобретение относится к шлифовальному инструменту. Шлифовальный инструмент специально предназначен для обработки твердых и/или хрупких материалов, таких как карбид вольфрама, но разработанный шлифовальный инструмент также может быть использован для шлифования других материалов. Шлифовальный инструмент включает сердечник и абразивный ободок. Абразивный ободок включает абразивные частицы, внедренные в матрицу. Матрица содержит металлический связующий агент, который является спеченным сплавом бронзы. Металлическое связующее составляет 50%-100% от объема матрицы. В соответствии с изобретением, металлический связующий агент содержит нитрид кремния в количестве, которое составляет 0,02-5,0% от объема металлического связующего агента или в некоторых случаях 0,1-5,0% от объема металлического связующего.The invention relates to a grinding tool. The grinding tool is specifically designed to handle hard and / or brittle materials such as tungsten carbide, but the developed grinding tool can also be used to grind other materials. The grinding tool includes a core and an abrasive rim. The abrasive rim includes abrasive particles embedded in the matrix. The matrix contains a metal bonding agent, which is a sintered alloy of bronze. The metal binder makes up 50% -100% of the matrix volume. In accordance with the invention, the metal binder contains silicon nitride in an amount that is 0.02-5.0% by volume of the metal binder or, in some cases, 0.1-5.0% by volume of the metal binder.

Здесь, матрица может также, как вариант, содержать полимерный связующий агент, который был спечен вместе с металлическим связующим таким образом, что полимерное связующее и металлическое связующее образуют связную цепь.Here, the matrix may also optionally contain a polymeric binder that has been sintered together with a metal binder so that the polymeric binder and the metal binder form a bonded chain.

Здесь, нитрид кремния составляет 0,3-5,0% от объема металлического связующего. Например, он может составлять 0,5-5,0% от объема металлического связующего, 1,0-5,0% от объема металлического связующего агента или 0,5-3,0% от объема, или 0,5-2,0% от объема.Here, silicon nitride is 0.3-5.0% of the volume of the metal binder. For example, it can be 0.5-5.0% of the volume of the metal binder, 1.0-5.0% of the volume of the metal binder, or 0.5-3.0% of the volume, or 0.5-2, 0% of the volume.

Нитрид кремния может присутствовать в форме зерен со средним размером зерна, которое предпочтительно менее 10 мкм, но и предпочтительно выше 0,1 мкм. Размер таких частиц может составлять 1250 частиц сетки Тайлера. Таким образом, частицы могут включать частицы размером до 10 мкм, хотя средний размер зерен меньше.Silicon nitride may be present in the form of grains with an average grain size that is preferably less than 10 microns, but also preferably above 0.1 microns. The size of such particles can be 1250 particles of a Tyler grid. Thus, particles can include particles up to 10 microns in size, although the average grain size is smaller.

Когда полимерное связующее является частью матрицы, полимерный связующий агент содержит полиимид или выполнен полностью или почти полностью из полиимида.When the polymeric binder is part of the matrix, the polymeric binder contains a polyimide or is made entirely or almost completely of polyimide.

Матрица может, как вариант, дополнительно включать наполнители, такие как графит. Графит имеет смазочные свойства, которые могут быть желательными в процессе шлифования.The matrix may optionally further include fillers such as graphite. Graphite has lubricating properties that may be desirable in the grinding process.

Металлическое связующее вещество предпочтительно является бронзовым сплавом, который содержит медь, олово и серебро.The metallic binder is preferably a bronze alloy that contains copper, tin and silver.

Абразивными частицами могут быть, например, алмазные частицы или частицы борозона. Как для алмазов, так и борозона, абразивные частицы могут иметь средний размер частиц 4-181 мкм. Во многих вариантах реализуемых изобретений, абразивные частицы могут иметь размер 46-91 мкм. В вариантах осуществления изобретения, абразивные частицы могут иметь покрытие из меди или никеля.The abrasive particles can be, for example, diamond particles or borosone particles. For both diamonds and borosone, abrasive particles can have an average particle size of 4-181 microns. In many embodiments, the abrasive particles may have a size of 46-91 microns. In embodiments of the invention, the abrasive particles may be coated with copper or nickel.

Изобретение также имеет отношение к способу изготовления разрабатываемого шлифовального инструмента. Способ включает спекание абразивных частиц вместе с металлическим порошком. Результат спекания - матрица, в которою внедрены абразивные частицы. Матрица будет, таким образом, содержать металлический связующий агент. Металлический порошок содержит медь и олово, так что металлический связующий агент будет спеченным сплавом бронзы. В соответствии с изобретением, нитрид кремния в виде порошка добавляется к металлическому порошку перед спеканием и до такой степени, чтобы нитрид кремния составил 0,02-5,0% от объема металлического связующего и предпочтительно - 5,0% от объема металлического связующего.The invention also relates to a method for manufacturing a grinding tool being developed. The method includes sintering abrasive particles together with a metal powder. The result of sintering is a matrix in which abrasive particles are embedded. The matrix will thus contain a metal bonding agent. The metal powder contains copper and tin, so that the metal bonding agent is a sintered bronze alloy. According to the invention, silicon nitride in the form of a powder is added to the metal powder before sintering and to such an extent that silicon nitride comprises 0.02-5.0% by volume of the metal binder and preferably 5.0% by volume of the metal binder.

В вариантах осуществления разрабатываемого способа, металлический порошок может дополнительно содержать серебро.In embodiments of the inventive method, the metal powder may further comprise silver.

Когда делается ссылка на относительную долю нитрида кремния в металлическом связующем агенте, следует понимать, что это относится к объемной доле порошка, используемого в производственном процессе. Другими словами, способ изготовления заключается в том, что в порошке, который добавляют до спекания, нитрид кремния будет составлять 0,02-5,0% от объема металлического связующего (нитрид кремния подсчитывается как часть металлического связующего). Предполагается, что частицы карбида кремния сохранят такую же относительную долю от общего объема также после спекания.When reference is made to the relative proportion of silicon nitride in a metal binder, it should be understood that this refers to the volume fraction of powder used in the manufacturing process. In other words, the manufacturing method is that in a powder that is added before sintering, silicon nitride will be 0.02-5.0% of the volume of the metal binder (silicon nitride is calculated as part of the metal binder). It is assumed that silicon carbide particles will retain the same relative fraction of the total volume also after sintering.

Как вариант, полимер добавляют к металлическому порошку перед спеканием предпочтительно в форме полиимидного порошка, так что также образуется полимерное связующее вещество, которое является частью матрицы.Alternatively, the polymer is added to the metal powder before sintering, preferably in the form of a polyimide powder, so that a polymer binder is also formed, which is part of the matrix.

Способ может быть осуществлен следующим образом: порошковый материал для связующих агентов матрицы смешивают с абразивными частицами, чтобы образовать смесь. Затем смесь прессуют в холодном прессе. Уплотненную смесь затем отверждают в промышленной печи при температуре 380-520°C, предпочтительно 400-500°C, в течение 120-150 минут. После этого уплотненная и отвержденная смесь помещается в пресс и подвергается воздействию давления 1500-2000 кг/см2. Затем давление поддерживается, пока смесь не достигнет температуры ниже 300°C.The method can be carried out as follows: the powder material for matrix binding agents is mixed with abrasive particles to form a mixture. The mixture is then pressed in a cold press. The densified mixture is then cured in an industrial furnace at a temperature of 380-520 ° C, preferably 400-500 ° C, for 120-150 minutes. After that, the compacted and cured mixture is placed in a press and is subjected to a pressure of 1500-2000 kg / cm 2 . The pressure is then maintained until the mixture reaches a temperature below 300 ° C.

В качестве опции, наполнитель добавляют к смеси металлического порошка и абразивных частиц до спекания. Наполнитель может дополнительно содержать графит.As an option, filler is added to the mixture of metal powder and abrasive particles before sintering. The filler may further comprise graphite.

Предпочтительно, чтобы матрица разрабатываемого шлифовального инструмента была матрицей, которая является композиционным материалом, т.е. матрица, содержащая как металлическое, так и полимерное связующее вещество; решение монтажа кристаллов на плате гибридного усилителя может объединить лучшие свойства металлического связующего с лучшими свойства полимерных связующих. Если требуется переточка с помощью заточки, шлифовальный инструмент с гибридной матрицей может быть повторно заточен легче, чем матрица из чистого металла. В то же время шлифовальный инструмент с гибридной матрицей имеет более хорошую устойчивость к износу, чем матрицы с использованием только полимерного связующего.Preferably, the matrix of the grinding tool under development is a matrix, which is a composite material, i.e. a matrix containing both metallic and polymeric binder; The solution of mounting crystals on a hybrid amplifier board can combine the best properties of a metal binder with the best properties of polymer binders. If sharpening is required, a hybrid matrix grinding tool can be re-sharpened more easily than a pure metal matrix. At the same time, a hybrid matrix grinding tool has better wear resistance than matrices using only a polymer binder.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Фиг. 1. Схематическое изображение шлифовального инструмента.FIG. 1. Schematic illustration of a grinding tool.

Фиг. 2. Схематическое представление поперечного сечения абразивных частиц, вкрапленных в абразивный ободок шлифовального инструмента.FIG. 2. Schematic representation of the cross section of abrasive particles interspersed in the abrasive rim of a grinding tool.

Фиг. 3. Схематическое изображение поперечного сечения шлифовального инструмента, который воздействует на заготовку.FIG. 3. A schematic cross-sectional view of a grinding tool that acts on a workpiece.

Фиг. 4. Диаграмма, которая отображает энергопотребление для двух разных шлифовальных инструментов.FIG. 4. A chart that displays power consumption for two different grinding tools.

Фиг. 5. Схематическое изображение поперечного сечения первого варианта разрабатываемого шлифовального инструмента.FIG. 5. Schematic representation of the cross section of the first version of the developed grinding tool.

Фиг. 6. Схематическое изображение поперечного сечения второго варианта разрабатываемого шлифовального инструмента.FIG. 6. Schematic representation of the cross section of the second version of the developed grinding tool.

Фиг.7. Диаграмма, которая показывает износ шлифовального инструмента в зависимости от содержания нитрида кремния.7. A diagram that shows the wear of a grinding tool versus the silicon nitride content.

Фиг. 8. Диаграмма, которая показывает коэффициент шлифования шлифовального инструмента в зависимости от содержания нитрида кремния.FIG. 8. A diagram that shows the grinding coefficient of a grinding tool as a function of silicon nitride content.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

На фиг. 1 изображен шлифовальный инструмент 1. Шлифовальным инструментом может быть, в частности, шлифовальный круг, который предназначен для обработки твердых и/или хрупких материалов, таких как карбид вольфрама. Такие материалы могут присутствовать в заготовках инструментов, таких как, например, сверла или фрезы и, шлифовальный инструмент 1 настоящего изобретения может быть шлифовальным кругом, который используется для придания формы таким инструментам. Шлифовальный инструмент 1 состоит из сердечника 2 и абразивного ободка 4. Сердечник 2 может быть выполнен из менее дорогого материала, такого как сталь или другой металл. Как вариант, сердечник может быть сделан, например, из полимерного материала. Сердечник может также содержать более одного материала. Например, он может быть сделан частично из металла, такого как сталь или алюминий, и частично быть полимерным материалом. Сердечник 2 может быть выполнен со сквозным отверстием или полостью такой, чтобы шлифовальный инструмент 1 мог быть установлен на шпинделе (не показан) для вращательного движения. На фиг. 2 абразивный ободок 4 содержит абразивные частицы 5, внедренные в матрицу 6. Матрица 6, в свою очередь, содержит металлический связующий агент, который представляет собой спеченный бронзовый сплав. Металлическое связующее вещество составляет 50%-100% от объема матрицы 6 и варианты осуществления являются, таким образом, возможными, в которых вся матрица 6 состоит из металлического связующего. Тем не менее матрица 6 обычно содержит, по меньшей мере, некоторые другие компоненты. Например, он может содержать наполнитель, такой как графит, который имеет смазочные свойства. В большинстве вариантов, матрица 6 будет содержать полимерный связующий агент, который может быть образован из полиимида.In FIG. 1 depicts a grinding tool 1. The grinding tool may be, in particular, a grinding wheel that is designed to process hard and / or brittle materials, such as tungsten carbide. Such materials may be present in tool blanks, such as, for example, drills or cutters, and the grinding tool 1 of the present invention may be a grinding wheel that is used to shape such tools. The grinding tool 1 consists of a core 2 and an abrasive rim 4. The core 2 can be made of less expensive material, such as steel or other metal. Alternatively, the core may be made, for example, of a polymeric material. The core may also contain more than one material. For example, it can be made partially from a metal, such as steel or aluminum, and partially be a polymeric material. The core 2 can be made with a through hole or a cavity such that the grinding tool 1 can be mounted on a spindle (not shown) for rotational movement. In FIG. 2, the abrasive rim 4 contains abrasive particles 5 embedded in the matrix 6. The matrix 6, in turn, contains a metal bonding agent, which is a sintered bronze alloy. The metal binder makes up 50% -100% of the volume of the matrix 6, and embodiments are thus possible in which the entire matrix 6 consists of a metal binder. However, matrix 6 typically contains at least some other components. For example, it may contain a filler, such as graphite, which has lubricating properties. In most embodiments, matrix 6 will comprise a polymeric binder which can be formed from polyimide.

Если матрица 6 хорошо удерживает абразивные частицы 5, абразивные частицы 5 будут испускать небольшие фрагменты и будут изнашиваться постепенно. В результате износ абразивных частиц будет относительно медленным, так что диаметр шлифовального инструмента 1 может быть по существу постоянным в течение длительного периода времени. Кроме того, износ абразивного ободка будет идти ровным темпом и питание энергией во время работы не будет сильно изменяться.If the matrix 6 holds the abrasive particles 5 well, the abrasive particles 5 will emit small fragments and will wear out gradually. As a result, the wear of the abrasive particles will be relatively slow, so that the diameter of the grinding tool 1 can be substantially constant over a long period of time. In addition, the wear of the abrasive rim will go at a steady pace and the energy supply during operation will not change much.

Если матрица 6 вместо этого неспособна прочно удерживать абразивные частицы 5, может произойти так, что абразивные частицы открепятся прежде, чем они будут фрагментированы. Как следствие, они будут потеряны до того как их весь абразивный потенциал будет использован. Абразивный инструмент 1 будет изнашиваться быстрее и диаметр шлифовального инструмента (например, шлифовального круга 5) будет уменьшаться быстрее. Меньший диаметр шлифовального инструмента 1 может привести к менее точной механической обработке заготовок.If the matrix 6 is instead unable to hold the abrasive particles 5 firmly, it may happen that the abrasive particles detach before they are fragmented. As a result, they will be lost before their full abrasive potential is used. The abrasive tool 1 will wear out faster and the diameter of the grinding tool (e.g. grinding wheel 5) will decrease faster. The smaller diameter of the grinding tool 1 can lead to less accurate machining of the workpieces.

На фиг. 3 шлифовальный инструмент 1 воздействует на заготовку 7. Заготовка может быть, например, заготовкой, которая должна иметь форму сверла. Шлифовальный инструмент вращается с помощью источника питания, действующего через, например, шпиндель (не показан). Таким образом, абразивный ободок 4 шлифовального инструмента воздействует на обрабатываемую деталь 7, чтобы разрезать/вырезать в обрабатываемой детали канавку. На фиг. 3 заготовка имеет диаметр сердечника в поперечном направлении, который определяется действием шлифовального инструмента 1. Если шлифовальный инструмент 1 изношен так, что его диаметр уменьшается, диаметр сердечника в поперечном направлении будет расти, если износ не компенсируется (например, изменением положения шлифовального инструмента 1 по отношению к заготовке 7). Поэтому очень желательно, чтобы износ поддерживался на низком уровне, и чтобы износ, который имеет место, не приходит резкими непредсказуемыми скачками.In FIG. 3, the grinding tool 1 acts on the workpiece 7. The workpiece can be, for example, a workpiece, which should be in the form of a drill. The grinding tool is rotated using a power source acting through, for example, a spindle (not shown). Thus, the abrasive rim 4 of the grinding tool acts on the workpiece 7 to cut / cut a groove in the workpiece. In FIG. 3, the workpiece has a core diameter in the transverse direction, which is determined by the action of the grinding tool 1. If the grinding tool 1 is worn so that its diameter decreases, the diameter of the core in the transverse direction will increase if wear is not compensated (for example, by changing the position of the grinding tool 1 with respect to to the workpiece 7). Therefore, it is highly desirable that wear is maintained at a low level and that wear that does not occur does not occur with sudden unpredictable surges.

Также можно добавлено, что, когда абразивные частицы 5 должным образом постепенно фрагментируются, это хорошо для обрабатываемости резанием шлифовального инструмента 1, то есть способности шлифовального инструмента повторно заточить себя. Когда абразивные частицы 5 фрагментируются шаг за шагом, износ на матрице 6 может происходить плавно и поверхность абразивного ободка 4 так легко не засоряется. Если абразивные частицы вместо этого отрываются внезапно, прежде чем они были должным образом фрагментированы, это, как правило, приводит к увеличению засорению поверхности; поверхность абразивного ободка 4 может стать в большей степени загрязненной малыми частицами 5 из заготовки 7. Это может потребовать временного удаление шлифовального инструмента 1 из эксплуатации так, чтобы шлифовальный инструмент 1 мог быть повторно заострен. Если абразивные частицы 5 постепенно фрагментированы, риск такого засорения меньше. Когда абразивные частицы полностью изношены, новые абразивные частицы 5 могут выйти на поверхность более плавно, что само по себе способствует повторной заточке шлифовального инструмента (или, скорее, абразивного ободка 4 шлифовального инструмента 1).It can also be added that when the abrasive particles 5 are properly gradually fragmented, it is good for the machinability of the grinding tool 1, that is, the ability of the grinding tool to re-sharpen itself. When the abrasive particles 5 are fragmented step by step, the wear on the matrix 6 can occur smoothly and the surface of the abrasive rim 4 does not clog so easily. If abrasive particles instead come off suddenly before they are properly fragmented, this tends to increase surface clogging; the surface of the abrasive rim 4 may become more contaminated with small particles 5 from the workpiece 7. This may require temporary removal of the grinding tool 1 from service so that the grinding tool 1 can be sharpened again. If the abrasive particles 5 are gradually fragmented, the risk of such clogging is less. When the abrasive particles are completely worn out, the new abrasive particles 5 can come to the surface more smoothly, which in itself contributes to the re-sharpening of the grinding tool (or, rather, the abrasive rim 4 of the grinding tool 1).

Когда абразивные частицы отрываются от абразивного ободка, прежде чем они полностью фрагментировались, это, как правило, проявляется в потребляемой мощности шлифовальным инструментом; сила внезапно падает, а затем начинает расти снова через некоторое время, абразивные частицы удерживаются должным образом матрицей так, что им позволяется фрагментироваться так, как они должны, также это можно увидеть на энергопотреблении. В таком случае, частицы имеют тенденцию оставаться относительно постоянными во времени (следует отметить тем не менее что обычно всегда есть постепенное увеличение требуемой мощности для работы с первыми заготовками так, чтобы меньше энергии требовалось для самых первых деталей).When abrasive particles come off the abrasive rim before they are completely fragmented, this usually manifests itself in the power consumption of the grinding tool; the force suddenly drops, and then begins to grow again after a while, the abrasive particles are held properly by the matrix so that they are allowed to fragment as they should, and this can also be seen on energy consumption. In this case, the particles tend to remain relatively constant over time (it should be noted, however, that usually there is always a gradual increase in the required power for working with the first workpieces so that less energy is required for the very first parts).

Было высказано предположение, в статье Е.Д. Кизикова и П. Кебко («Микродобавки в сплавах системы Cu-Sn-Ti», Институт сверхтвердых материалов Академии наук Украинской ССР, Киев, в переводе с «Металловедение и термическая обработка металлов», №1, стр. 50-53, январь 1987), что сплав Cu/Sn /Ti, который должен быть использован в качестве связующего для алмазно-абразивных инструментов, должен быть усилен 0,01% нитрида кремния (Si3N4). По мнению авторов этой статьи, это дополнение приводит к улучшению предела текучести.It was suggested in the article by E.D. Kizikova and P. Kebko (“Microadditives in the alloys of the Cu-Sn-Ti system”, Institute of Superhard Materials, Academy of Sciences of the Ukrainian SSR, Kiev, translated from “Metallurgy and heat treatment of metals”, No. 1, pp. 50-53, January 1987 ) that the Cu / Sn / Ti alloy, which should be used as a binder for diamond abrasive tools, must be reinforced with 0.01% silicon nitride (Si 3 N 4 ). According to the authors of this article, this addition leads to an improvement in the yield strength.

Авторы настоящего изобретения рассмотрели, какие шаги могут быть предприняты для улучшения способности матрицы удерживать абразивные частицы. Не желая быть связанными теорией, изобретатели полагают, что одна из причин, что металлические связующие освобождают абразивные частицы, внедренные в него, может быть по причине того, что дислокации внутри металлического связующего делают слабым металлический связующий агент. Предполагая, что эта теория правильная, авторы сразу предположили, что должно быть возможным улучшить матрицу и усилить ее частицами, блокирующими расположение в металлическом связующем материале. Поэтому авторы настоящего изобретения пробовали различные добавки к металлическому порошку, который был использован для спекания металлического связующего агента. Одной добавкой, которая была опробована, был оксид алюминия, который был добавлен в такой степени, которая соответствует 1,0% от объема металлического связующего. Это привело к некоторому улучшению, но улучшение не было так хорошо, как надеялись изобретатели. Изобретатели также пробовали добавить 0,01% нитрида кремния от объема. Улучшение с этой добавкой было еще меньше, чем улучшение, достигнутое за счет оксида алюминия.The inventors have considered what steps can be taken to improve the matrix's ability to hold abrasive particles. Not wanting to be bound by theory, the inventors believe that one of the reasons that metal binders release the abrasive particles embedded in it may be because dislocations inside the metal binder make the metal binder weak. Assuming that this theory is correct, the authors immediately suggested that it should be possible to improve the matrix and strengthen it with particles that block the arrangement in a metal binder. Therefore, the authors of the present invention have tried various additives to a metal powder, which was used for sintering a metal binder. One additive that was tested was alumina, which was added to the extent that corresponds to 1.0% of the volume of the metal binder. This led to some improvement, but the improvement was not as good as the inventors hoped. The inventors also tried to add 0.01% silicon nitride by volume. The improvement with this additive was even less than the improvement achieved with alumina.

Затем изобретатели снова исследовали, приведет ли увеличенное количество нитрида кремния к лучшим результатам. Это было подтверждено тестами, проведенными авторами изобретения. Когда нитрид кремния был добавлен в количествах, значительно больше 0,01% от объема металлического связующего, было обнаружено, что было получено очень существенное улучшение.The inventors then again examined whether an increased amount of silicon nitride would lead to better results. This was confirmed by tests conducted by the inventors. When silicon nitride was added in amounts significantly greater than 0.01% of the volume of the metal binder, it was found that a very significant improvement was obtained.

Например, авторы изобретения тестировали составы, в которых металлическое связующее содержалось в количестве 1,0% по объему нитрида кремния (Si3N4). Шлифовальный инструмент с этой композицией был, затем, сравнен со стандартным шлифовальным инструментом с использованием гибридной матрицы и который не содержит нитрид кремния (Si3N4). Шлифовальными инструментами были два шлифовальных круга, в которых абразивный ободок 4 был выполнен в виде кольца, окружающего сердечник 2. В сравнимых условиях, диаметр стандартного инструмента был стерт на 136 мкм, тогда как диаметр шлифовального инструмента с экспериментальным составом был изношен лишь на 58 мкм. Коэффициент шлифования для инструмента с 1,0% нитрида кремния составил 2335. Для сравнения, инструмент, использующий 0,01% по объему нитрида кремния, был стерт на 94 мкм, тогда как инструмент, использующий 1,0% по объему оксида алюминия, был стерт на 84 мкм.For example, the inventors tested compositions in which a metal binder was contained in an amount of 1.0% by volume of silicon nitride (Si 3 N 4 ). A grinding tool with this composition was then compared to a standard grinding tool using a hybrid matrix and which does not contain silicon nitride (Si 3 N 4 ). The grinding tools were two grinding wheels, in which the abrasive rim 4 was made in the form of a ring surrounding the core 2. Under comparable conditions, the diameter of a standard tool was erased by 136 μm, while the diameter of a grinding tool with an experimental composition was worn out only by 58 μm. The grinding coefficient for a tool with 1.0% silicon nitride was 2335. For comparison, a tool using 0.01% by volume of silicon nitride was erased by 94 μm, while a tool using 1.0% by volume of aluminum oxide was erased by 84 microns.

Испытание было проведено с составом, где нитрид кремния составлял 5% от объема металлического связующего. Устойчивость к износу была все еще хорошей, но не такой хорошей, как у шлифовального инструмента с 1,0% по объему нитрида кремния. Кроме того, инструмент с 5,0% нитрида кремния имел более высокий расход энергии. Коэффициент шлифования был хорошим, но не таким хорошим, как в инструментах с 1,0% и 0,1% по объему.The test was carried out with a composition where silicon nitride was 5% of the volume of the metal binder. The wear resistance was still good, but not as good as that of a grinding tool with 1.0% by volume of silicon nitride. In addition, a tool with 5.0% silicon nitride had a higher energy consumption. The grinding coefficient was good, but not as good as in tools with 1.0% and 0.1% by volume.

Изобретатели также протестировали шлифовальный круг, который имел форму и состав, похожий на другие тестируемые инструменты, но в котором нитрид кремния составлял 0,1% от объема металлического связующего. Было обнаружено, что при тех же условиях испытания, при которых испытывались другие инструменты, износ инструмента с 0,1% по объему нитрида кремния составлял 62 мкм и коэффициент шлифования был 2084. Хотя результаты были хуже, полученных на примере 1% по объему, это являлось все еще очень существенным улучшением по сравнению со стандартным шлифовальным инструментом.The inventors also tested the grinding wheel, which had a shape and composition similar to other tested instruments, but in which silicon nitride was 0.1% of the volume of the metal binder. It was found that under the same test conditions under which other tools were tested, the tool wear with 0.1% by volume of silicon nitride was 62 μm and the grinding coefficient was 2084. Although the results were worse than those obtained with 1% by volume, this was still a very significant improvement over standard grinding tools.

Изобретатели также испытали шлифовальный круг, который имел 0,02% содержания нитрида кремния от объема металлического связующего, но который в остальной части был похож на другие испытуемые шлифовальные круги. В аналогичных условиях испытаний, шлифовальный круг с 0,02% по объему нитрида кремния имеет износ (уменьшение диаметра) 58 мкм и коэффициент шлифования - 2283. Таким образом, результаты были несколько лучше, чем результаты, полученные от соотношения 0,1% от объема.The inventors also tested a grinding wheel, which had 0.02% silicon nitride content of the volume of the metal binder, but which in the rest was similar to the other grinding wheels tested. Under similar test conditions, a grinding wheel with 0.02% by volume of silicon nitride has a wear (reduction in diameter) of 58 μm and a grinding coefficient of 2283. Thus, the results were slightly better than the results obtained from a ratio of 0.1% of volume .

Полученные результаты позволяют сделать вывод, что значительно лучшие результаты, получаются в диапазоне 0,02-5,0% по объему нитрида кремния (Si3N4). Выяснилось, что в этом диапазоне как коэффициент шлифования, так и износостойкость были значительно лучше чем при 0% или 0,01%.The results obtained allow us to conclude that significantly better results are obtained in the range of 0.02-5.0% by volume of silicon nitride (Si 3 N 4 ). It turned out that in this range both the grinding coefficient and wear resistance were significantly better than at 0% or 0.01%.

Испытания на устойчивость к износу и коэффициент шлифования были проведены для 0% по объему, 0,01% по объему, 0,02% по объему, 1,0% по объему и 5,0% по объему нитрида кремния.Tests for wear resistance and grinding coefficient were carried out for 0% by volume, 0.01% by volume, 0.02% by volume, 1.0% by volume and 5.0% by volume of silicon nitride.

Испытываемыми инструментами были шлифовальные круги, по существу, типа, показанного на фиг. 5, т.е. шлифовальные инструменты с абразивным ободком 4, который окружает сердечник 2, и где шлифовальный инструмент 1 вращается вокруг оси А в процессе работы. Сопротивление износу в зависимости от содержания нитрида кремния можно видеть на фиг. 7. Износостойкость, как уменьшение диаметра, изображена на фиг. 7. Как видно на фиг. 7, устойчивость к износу значительно увеличилась, когда содержание нитрида кремния было увеличено с 0,01% до 0,02%. Износостойкость по-прежнему высока до содержания нитрида кремния в 5,0% от объема металлического связующего. Тем не менее при 5,0% по объему нитрида кремния, устойчивость к износу была несколько ниже по сравнению с сопротивлением, наблюдаемым при содержании 0,02-1,0%. Изобретатели пришли к выводу, что, следовательно, лучшее сопротивление износу получается в диапазоне от 0,02-5,0% по объему.The tools tested were grinding wheels, essentially of the type shown in FIG. 5, i.e. grinding tools with an abrasive rim 4, which surrounds the core 2, and where the grinding tool 1 rotates around axis A during operation. Wear resistance as a function of silicon nitride content can be seen in FIG. 7. Wear resistance, as a reduction in diameter, is shown in FIG. 7. As can be seen in FIG. 7, the wear resistance increased significantly when the silicon nitride content was increased from 0.01% to 0.02%. Wear resistance is still high to a silicon nitride content of 5.0% by volume of the metal binder. However, at 5.0% by volume of silicon nitride, the wear resistance was slightly lower compared to the resistance observed at a content of 0.02-1.0%. The inventors concluded that, therefore, the best wear resistance is obtained in the range from 0.02-5.0% by volume.

Коэффициент шлифования в зависимости от содержания нитрида кремния можно видеть на фиг. 8. Как можно видеть на рисунке, лучшие значения получены при содержании нитрида кремния в диапазоне от 0,02%-5,0%. По фиг. 8 можно также установить, что G-отношение падает в правом направлении на рисунке, хотя коэффициент шлифования при 5,0% по объему по-прежнему хороший.The grinding coefficient as a function of the silicon nitride content can be seen in FIG. 8. As can be seen in the figure, the best values were obtained with a silicon nitride content in the range from 0.02% -5.0%. In FIG. 8, it can also be established that the G-ratio falls in the right direction in the figure, although the grinding coefficient at 5.0% by volume is still good.

Таким образом, авторы настоящего изобретения пришли к выводу, что металлический связующий агент может содержать нитрид кремния в количестве, которое составляет 0,02-5,0% от объема металлического связующего. Поскольку энергопотребление было выше при 5,0% по объему, изобретатели пришли к выводу, что значения ниже чем 5,0% будут иметь хорошую износостойкость, но более низкий расход энергии по сравнению с инструментами с содержанием нитрида кремния 5% по объему. Таким образом, предпочтительный диапазон может быть 0,02-3,0% по объему, 0,5-3,0% по объему, 0,5-2,0% по объему или 1,0%-2,0% от объема металлического связующего.Thus, the authors of the present invention concluded that the metal bonding agent may contain silicon nitride in an amount that is 0.02-5.0% of the volume of the metal binder. Since energy consumption was higher at 5.0% by volume, the inventors came to the conclusion that values lower than 5.0% would have good wear resistance, but lower energy consumption compared to tools with a silicon nitride content of 5% by volume. Thus, the preferred range may be 0.02-3.0% by volume, 0.5-3.0% by volume, 0.5-2.0% by volume or 1.0% -2.0% of volume of metal binder.

При 0,1% по объему, расход энергии в целом ниже чем при 0,02% по объему. При 5,0% нитрида кремния по объему потребляемая мощность была выше чем при содержании 0,02%, но потребление энергии при 5,0% по объему было больше особенно, потребляемая мощность была более предсказуемой чем при 0,02% по объему.At 0.1% by volume, energy consumption is generally lower than at 0.02% by volume. At 5.0% silicon nitride by volume, the power consumption was higher than with a content of 0.02%, but the energy consumption at 5.0% by volume was more especially, the power consumption was more predictable than at 0.02% by volume.

Частицы нитрида кремния предпочтительно должны иметь размер до 10 мкм (1250 единиц сетки Тайлера). Для просеянных частиц это, как правило, означает, что средний размер зерен меньше 10 мкм. Средний размер частиц (D50) для частиц нитрида кремния может, поэтому, быть около 2-3 мкм (в зависимости от того, как средний размер частиц измеряется). Удельная площадь поверхности частиц нитрида кремния предпочтительно может быть в пределах 5-6 м2/г. Если используемые частицы слишком малы, это может привести к засорению и трудностям во время производства. Кроме того, для придания оптимальной прочности металлическому связующему, авторы полагают, что частицы до 10 мкм предпочтительно должны быть включены.Particles of silicon nitride should preferably have a size of up to 10 microns (1250 units of Tyler mesh). For sieved particles, this usually means that the average grain size is less than 10 microns. The average particle size (D50) for silicon nitride particles can therefore be about 2-3 microns (depending on how the average particle size is measured). The specific surface area of the particles of silicon nitride may preferably be in the range of 5-6 m 2 / g If the particles used are too small, this can lead to clogging and difficulties during production. In addition, in order to impart optimal strength to the metal binder, the authors suggest that particles of up to 10 μm should preferably be included.

Обычно матрица 6 должна дополнительно содержать полимерный связующий агент, который был спечен вместе с металлическим связующим веществом так, чтобы полимерное связующее и металлическое связующее образовывали связную цепь (даже если такое полимерное связующее является необязательным). Использование полимерного связующего позволяет усовершенствовать свойства матрицы и адаптировать его к различным видам абразивных частиц. Полимерное связующее может соответственно быть полиимидом или содержать полиимид. Причина этого в том, что полиимид жаропрочный и может выдерживать высокие температуры во время спекания. Если используется полимерное связующее, полимерный связующий агент может присутствовать в количестве до 50% от объема матрицы (т.е. количество полимерного связующего находится в диапазоне 0-50% от объема матрицы). Например, полимерное связующее может присутствовать в количестве 10-40% или 10-30% от объема матрицы.Typically, matrix 6 should further comprise a polymer binder that has been sintered together with the metal binder so that the polymer binder and the metal binder form a bond chain (even if such a polymer binder is optional). Using a polymer binder allows you to improve the properties of the matrix and adapt it to various types of abrasive particles. The polymer binder may suitably be a polyimide or contain a polyimide. The reason for this is that polyimide is heat resistant and can withstand high temperatures during sintering. If a polymer binder is used, the polymer binder may be present in an amount up to 50% of the matrix volume (i.e., the amount of the polymer binder is in the range of 0-50% of the matrix volume). For example, a polymer binder may be present in an amount of 10-40% or 10-30% of the matrix volume.

Возможно, полимерное связующее вещество может быть сформировано некоторым другим полимерным материалом. Например, оно может быть образовано из полиамид-имида, который также способен выдерживать высокие температуры. Тем не менее полиимид предпочтителен, так как он имеет лучшие шлифовальные свойства, чем полиамид-имид.Optionally, the polymeric binder may be formed by some other polymeric material. For example, it can be formed from polyamide imide, which is also able to withstand high temperatures. However, a polyimide is preferred since it has better grinding properties than polyamide imide.

Металлический связующий агент представляет собой предпочтительно бронзовый сплав, который содержит медь, олово и серебро. Серебро улучшает желательные свойства металлического связующего.The metal binding agent is preferably a bronze alloy that contains copper, tin and silver. Silver improves the desired properties of the metal binder.

Абразивные частицы 5 могут быть либо алмазными частицами, либо частицами борозона. Алмазы - более твердые и имеют лучшие абразивные свойства, но борозон более термостойкий. Кроме того, алмазы могут вступать в химическую реакцию с определенными материалами.The abrasive particles 5 can be either diamond particles or borosone particles. Diamonds are harder and have better abrasive properties, but borozone is more heat-resistant. In addition, diamonds can react chemically with certain materials.

Абразивные частицы 5 могут быть либо алмазными частицами, либо частицами борозона. Частицы могут быть в диапазоне от 4 мкм до 181 мкм. Даже если частицы вне его, в каждом конкретном случае этот диапазон можно рассматривать в зависимости от требований. Во многих практических вариантах, абразивные частицы 5 могли иметь средний размер частиц в пределе от 46 мкм до 91 мкм, который является подходящим для многих операций шлифования.The abrasive particles 5 can be either diamond particles or borosone particles. Particles can be in the range from 4 μm to 181 μm. Even if the particles are outside it, in each case, this range can be considered depending on the requirements. In many practical embodiments, the abrasive particles 5 could have an average particle size in the range of 46 μm to 91 μm, which is suitable for many grinding operations.

Абразивные частицы 5, как вариант, могут иметь покрытие из меди или никеля. Покрытие из меди или никеля может улучшить связь между абразивными частицами 5 и матрицей 6. Однако абразивные свойства частиц 5 будут несколько снижены, если частицы имеют такое покрытие.Abrasive particles 5, as an option, may have a coating of copper or Nickel. A copper or nickel coating can improve the bond between the abrasive particles 5 and matrix 6. However, the abrasive properties of the particles 5 will be slightly reduced if the particles have such a coating.

Относительная доля абразивных частиц 5 по отношению к связующим и наполнителям в матрице 6 может изменяться в зависимости от требований в каждом отдельном случае. Во многих практических вариантах осуществления, количество абразивных частиц может представлять собой 10-50% от общего объема абразивного ободка (т.е. общего объема абразивных частиц и матрицы). Если относительная доля абразивных частиц выше чем 50%, существует значительная опасность того, что матрица больше не будет в состоянии удерживать абразивные частицы. Если относительная доля абразивных частиц меньше 10%, то эффект шлифования может стать слишком мал. Относительная доля абразивных частиц может предпочтительно быть в диапазоне 15-30% и подходящим значением может быть 25%.The relative proportion of abrasive particles 5 with respect to binders and fillers in the matrix 6 may vary depending on the requirements in each individual case. In many practical embodiments, the amount of abrasive particles may be 10-50% of the total abrasive rim volume (i.e., the total abrasive particle size and matrix). If the relative proportion of abrasive particles is higher than 50%, there is a significant risk that the matrix will no longer be able to hold abrasive particles. If the relative proportion of abrasive particles is less than 10%, then the grinding effect may become too small. The relative proportion of abrasive particles may preferably be in the range of 15-30% and a suitable value may be 25%.

Предпочтительно, нитрид кремния присутствует в форме зерен, имеющих средний размер зерна, который равен или меньше, 10 мкм но выше 0,1 мкм. Например, они могут иметь средний размер в диапазоне 1-10 мкм или 2-9 мкм. Авторы полагают, что частицы нитрида кремния меньше, чем 0,1 мкм могут привести к засорению частиц нитрида кремния, что уменьшает их армирующий эффект.Preferably, silicon nitride is present in the form of grains having an average grain size that is equal to or less than 10 microns but above 0.1 microns. For example, they may have an average size in the range of 1-10 microns or 2-9 microns. The authors suggest that particles of silicon nitride smaller than 0.1 μm can lead to clogging of particles of silicon nitride, which reduces their reinforcing effect.

Частицы нитрида кремния могут иметь три различные кристаллографические структуры, обозначенные как α, β и γ фазы (также известные как тригональная фаза, гексагональная фаза и кубическая фаза). Фазы α и β являются наиболее распространенными. Фаза γ может быть только синтезирована при высоком давлении и высокой температуре. Любая из этих фаз может быть использована. Предпочтительно, чтобы использовалась фаза α. Добавленные частицы нитрида кремния также могут быть смесью частиц разных фаз.Silicon nitride particles can have three different crystallographic structures, designated as α, β and γ phases (also known as trigonal phase, hexagonal phase and cubic phase). Phases α and β are the most common. Phase γ can only be synthesized at high pressure and high temperature. Any of these phases can be used. Preferably, phase α is used. The added silicon nitride particles can also be a mixture of particles of different phases.

На основании фиг. 4 шлифовальный инструмент в соответствии с изобретением сравнивается со стандартным шлифовальным инструментом. Вертикальная ось представляет потребляемую мощность, тогда как горизонтальная ось представляет количество обрабатываемых деталей, которые обрабатывались соответствующим шлифовальным инструментом. На фиг. 4 В5 представляет собой шлифовальный инструмент в соответствии с изобретением. В то время как EZ представляет собой стандартный шлифовальный инструмент. Как можно видеть на фиг. 4, инструмент, представленный как В5, имеет энергопотребление, которое сразу резко возрастает, а затем остается по существу постоянным. Энергопотребление традиционного инструмента, представленного EZ, круто возрастает, а потом вдруг падает, прежде чем оно снова поднимается. Это означает, что абразивные частицы инструмента В5 медленно фрагментируются, в то время как EZ представляет собой шлифовальный инструмент, где абразивные частицы внезапно отрываются. В связи с этим, инструмент будет быстрее изнашиваться.Based on FIG. 4, a grinding tool according to the invention is compared with a standard grinding tool. The vertical axis represents power consumption, while the horizontal axis represents the number of workpieces that have been machined with the appropriate grinding tool. In FIG. 4 B5 is a grinding tool in accordance with the invention. While EZ is a standard grinding tool. As can be seen in FIG. 4, the tool, presented as B5, has a power consumption that rises immediately and then remains essentially constant. The energy consumption of the traditional instrument introduced by EZ is steeply increasing, and then suddenly drops before it rises again. This means that the abrasive particles of tool B5 slowly fragment, while the EZ is a grinding tool where the abrasive particles suddenly come off. In this regard, the tool will wear out faster.

Может быть также добавлено, что В5 представляет собой инструмент как с металлическим, так и с полимерным связующим. Металлическое связующее вещество представляет собой бронзу, которая содержит медь, олово и серебро. Их спекли с использованием металлического порошка, который содержит 45% по объему меди, 45% по объему олова и 10% по объему серебра. В инструменте согласно В5, полимерное связующее представляет собой 1,0% от объема общего количества связующего.It can also be added that B5 is a tool with both a metal and a polymer binder. The metallic binder is bronze, which contains copper, tin and silver. They were sintered using a metal powder, which contains 45% by volume of copper, 45% by volume of tin and 10% by volume of silver. In the tool according to B5, the polymer binder represents 1.0% of the total binder.

Шлифовальный инструмент на фиг. 1 может иметь поперечное сечение, как показано на фиг. 5. В таком варианте осуществления абразивный ободок 4 расположен радиально вне сердечника 2 таким образом, что ободок 4 полностью окружает сердечник 2. Испытания, поясненные со ссылкой на фиг. 4, 7, 8, были проведены на таком шлифовальном инструменте. Тем не менее настоящее изобретение не ограничено таким вариантом осуществления. Со ссылкой на фиг. 6, следует понимать, что сердечник 2 может простираться, по крайней мере, столько в радиальном направлении как абразивный ободок 4. На фиг. 6 шлифовальный инструмент имеет абразивный ободок 4, который не превышает размер сердечника 2 в радиальном направлении. Между тем, абразивный ободок 4 имеет протяженность в осевом направлении, которая отличается от оси сердечника 2 (осевое направление является осью вращения А шлифовального инструмента 1, когда он приводится в движение шпинделем, см. фиг. 5 и 6). Следует также понимать, что шлифовальный инструмент 1 не обязательно разработан для вращения. Между тем, он может воздействовать на заготовку возвратно-поступательным движением. В контексте формулы изобретения, под термином, «сердечник», таким образом, следует понимать в широком смысле любую несущую подложку для абразивного ободка. Аналогично, термин «ободок» также следует понимать в широком смысле как любой слой, закрепленный на сердечнике 2 так, что абразивные частицы могут воздействовать на обрабатываемую деталь.The grinding tool of FIG. 1 may have a cross section as shown in FIG. 5. In such an embodiment, the abrasive rim 4 is located radially outside the core 2 so that the rim 4 completely surrounds the core 2. The tests explained with reference to FIG. 4, 7, 8, were carried out on such a grinding tool. However, the present invention is not limited to such an embodiment. With reference to FIG. 6, it should be understood that the core 2 can extend at least as much in the radial direction as the abrasive rim 4. In FIG. 6, the grinding tool has an abrasive rim 4, which does not exceed the size of the core 2 in the radial direction. Meanwhile, the abrasive rim 4 has an axial extension that is different from the axis of the core 2 (the axial direction is the axis of rotation A of the grinding tool 1 when it is driven by the spindle, see Fig. 5 and 6). It should also be understood that the grinding tool 1 is not necessarily designed for rotation. Meanwhile, it can act on the workpiece by reciprocating motion. In the context of the claims, the term "core", therefore, should be understood in the broad sense of any supporting substrate for the abrasive rim. Similarly, the term "rim" should also be understood in a broad sense as any layer fixed to the core 2 so that abrasive particles can act on the workpiece.

К тому же изобретение охватывает способ изготовления разработанного шлифовального инструмента. Способ включает спекание абразивных частиц вместе с металлическим порошком, который содержит медь и олово, так что спекание дает в результате матрицу, в которую внедрены абразивные частицы 5. Матрица содержит металлический связующий агент, который является спеченным сплавом бронзы. В соответствии с изобретением, нитрид кремния в форме порошка добавляется к металлическому порошку перед спеканием в таком количестве, что нитрид кремния составит 0,1-5,0% от объема металлического связующего.In addition, the invention encompasses a method of manufacturing a developed grinding tool. The method includes sintering abrasive particles together with a metal powder that contains copper and tin, so that sintering results in a matrix into which the abrasive particles are embedded 5. The matrix contains a metal bonding agent, which is a sintered bronze alloy. In accordance with the invention, silicon nitride in powder form is added to the metal powder before sintering in such an amount that silicon nitride will be 0.1-5.0% of the volume of the metal binder.

Используемый металлический порошок - это преимущественно металлический порошок с частицами, размер которых меньше 44 мкм, но они предпочтительно должны быть больше, чем частицы нитрида кремния. Предпочтительно они должны быть, по крайней мере, в два раза больше. Пригодный средний размер - 15-44 мкм.The metal powder used is predominantly a metal powder with particles smaller than 44 microns in size, but they should preferably be larger than silicon nitride particles. Preferably, they should be at least twice as large. Suitable average size is 15-44 microns.

Металлический порошок как вариант может также содержать серебро.Metal powder may also optionally contain silver.

Металлический порошок может прийти в форме предварительно легированных частиц или в виде частиц чистой меди, чистого олова, чистого серебра и т.д.The metal powder may come in the form of pre-alloyed particles or in the form of particles of pure copper, pure tin, pure silver, etc.

Полимер может быть добавлен к металлическому порошку перед спеканием, предпочтительно в виде порошка полиимида, так чтобы образовывалось также полимерное связующее вещество, которое является частью матрицы 6.The polymer may be added to the metal powder before sintering, preferably in the form of a polyimide powder, so that a polymer binder is also formed, which is part of the matrix 6.

Способ спекания может быть осуществлен таким образом, чтобы порошковый материал для связующих матрицы 6 смешивался с абразивными частицами 5. Смесь уплотняют в холодном прессе. После этого уплотнения смесь отверждают в промышленной печи при температуре в 380-520°C, предпочтительно 400-500°C или 440-460°C, в течение 120-150 минут. Необходимое время зависит от размера. В большей пресс-форме, требуется больше времени. После этого (предпочтительно сразу же после этого) уплотненную и отвержденную смесь помещают в пресс и подвергают воздействию давления 1500-2000 кг/см2. Затем давление поддерживается, пока смесь не достигнет температуры ниже 300°C.The sintering method can be carried out so that the powder material for the binder matrix 6 is mixed with the abrasive particles 5. The mixture is compacted in a cold press. After this compaction, the mixture is cured in an industrial furnace at a temperature of 380-520 ° C, preferably 400-500 ° C or 440-460 ° C, for 120-150 minutes. The time required depends on the size. In a larger mold, more time is required. After that (preferably immediately afterwards), the compacted and cured mixture is placed in a press and subjected to a pressure of 1500-2000 kg / cm 2 . The pressure is then maintained until the mixture reaches a temperature below 300 ° C.

Например, изобретатели сделали шлифовальный инструмент в соответствии с этим способом в процессе, где температура в печи составляла 450°C.For example, the inventors made a grinding tool in accordance with this method in a process where the temperature in the furnace was 450 ° C.

Абразивный ободок 4 также может быть изготовлен с помощью искрового плазменного спекания (ИПС). По этой методике, абразивный ободок 4 может быть изготовлен очень быстро.The abrasive rim 4 can also be made using spark plasma sintering (IPA). By this technique, the abrasive rim 4 can be made very quickly.

Ободок с матрицей, содержащей абразивные частицы, могут быть спечены отдельно, а затем закреплены (например, приклеены) на сердечник 2. С другой стороны, абразивный ободок 5 может быть спечен непосредственно на сердечнике 2 так, что он связывается с сердечником при его образовании. Перед спеканием, сердечник 2 может быть электролитически покрыт медью, по меньшей мере, на одной поверхности сердечника, которая будет пересекаться с абразивным ободком 4. Абразивный ободок 4 может быть затем спечен на поверхности с медным покрытием так, что образуется шов.The rim with a matrix containing abrasive particles can be sintered separately, and then fixed (for example, glued) to the core 2. On the other hand, the abrasive rim 5 can be sintered directly on the core 2 so that it binds to the core during its formation. Before sintering, the core 2 can be electrolytically coated with copper on at least one surface of the core, which will intersect with the abrasive rim 4. The abrasive rim 4 can then be sintered on a surface with a copper coating so that a seam is formed.

Наполнитель может быть дополнительно добавлен к смеси металлического порошка и абразивных частиц 5 до операции спекания. Как объяснялось ранее, наполнитель может содержать графит. Другие возможные материалы могут включать наполнители, например, сферы оксида алюминия.The filler may be further added to the mixture of metal powder and abrasive particles 5 before the sintering operation. As explained previously, the filler may contain graphite. Other possible materials may include fillers, for example, alumina spheres.

Предпочтительно бронза, используемая в металлическом связующем материале, выбирается из группы, включающей медь - олово (Cu/Sn), медь - олово - кобальт (Cu/Sn/Co), медь - олово - никель (Cu/Sn/Ni) или медь - олово - серебро (Cu/Sn/Ag). Еще более предпочтительной является бронза с медью - оловом - серебром. Другие сплавы бронзы также могут быть рассмотрены.Preferably, the bronze used in the metal binder is selected from the group consisting of copper - tin (Cu / Sn), copper - tin - cobalt (Cu / Sn / Co), copper - tin - nickel (Cu / Sn / Ni) or copper - tin - silver (Cu / Sn / Ag). Even more preferred is bronze with copper - tin - silver. Other bronze alloys may also be considered.

Предлагаемый шлифовальный инструмент может быть использован для обработки твердых и/или хрупких материалов. Это не исключает возможность того, что шлифовальный инструмент может быть использован и для других материалов.The proposed grinding tool can be used for processing hard and / or brittle materials. This does not exclude the possibility that the grinding tool can be used for other materials.

В вариантах осуществления изобретения, матрица 6 может также, как вариант, содержать, по меньшей мере, один керамический компонент в форме керамических частиц. Керамическим компонентом может быть, например, фритта, и который содержит SiO2. Керамические частицы для матрицы могут быть фриттой в форме сферических частиц, имеющих размер частиц 50-500 мкм, в зависимости от размера абразивных частиц. Для больших абразивных частиц, будут использованы более крупные керамические частицы. Абразивные частицы могут быть внедрены в керамические частицы, в то время как керамические частицы, внедряются в гибридную матрицу с металлическим и полимерным связующими. Керамические частицы могут удерживаться матрицей сильнее, чем будут удерживаться абразивные частицы. Обрабатываемость резанием абразивного ободка, таким образом, улучшена. Керамический компонент не имеет такую хорошую устойчивость к износу как металлическое связующее. Объединив керамику, металлическое и полимерное связующие, можно объединить лучшие свойства этих связующих веществ.In embodiments of the invention, the matrix 6 may also, as an option, contain at least one ceramic component in the form of ceramic particles. The ceramic component may be, for example, a frit, and which contains SiO 2 . The ceramic particles for the matrix may be a frit in the form of spherical particles having a particle size of 50-500 microns, depending on the size of the abrasive particles. For larger abrasive particles, larger ceramic particles will be used. Abrasive particles can be embedded in ceramic particles, while ceramic particles are embedded in a hybrid matrix with metal and polymer binders. Ceramic particles can be held by the matrix more strongly than abrasive particles will be held. The machining abrasive rim is thus improved. The ceramic component does not have such good wear resistance as a metal binder. By combining ceramics, metal and polymer binders, you can combine the best properties of these binders.

Claims (14)

1. Шлифовальный инструмент (1), включающий сердечник (2) и абразивный ободок (4), содержащий абразивные частицы (5), внедренные в матрицу (6), содержащую металлический связующий агент, являющийся спеченным бронзовым сплавом и составляющий 50-100 % от объема матрицы, при этом металлический связующий агент содержит нитрид кремния в количестве 0,02-5,00 % от объема металлического связующего, причем нитрид кремния присутствует в форме зерен, которые имеют средний размер меньше 10 мкм и больше 0,1 мкм.1. A grinding tool (1), comprising a core (2) and an abrasive rim (4) containing abrasive particles (5) embedded in a matrix (6) containing a metal bonding agent, which is a sintered bronze alloy and constitutes 50-100% of the volume of the matrix, while the metal binding agent contains silicon nitride in an amount of 0.02-5.00% of the volume of the metal binder, and silicon nitride is present in the form of grains that have an average size of less than 10 microns and more than 0.1 microns. 2. Шлифовальный инструмент (1) по п. 1, в котором матрица (6) также содержит полимерный связующий агент, который был спечен вместе с металлическим связующим веществом с образованием связанных полимерного и металлического связующих.2. A grinding tool (1) according to claim 1, wherein the matrix (6) also contains a polymeric binder, which has been sintered together with a metal binder to form bonded polymer and metal binders. 3. Шлифовальный инструмент (1) по п. 1 или 2, в котором нитрид кремния составляет 0,3-5,0 % от объема металлического связующего, предпочтительно 0,5-3,0 % от объема, более предпочтительно 0,5-2,0 % от объема.3. A grinding tool (1) according to claim 1 or 2, in which silicon nitride is 0.3-5.0% by volume of the metal binder, preferably 0.5-3.0% by volume, more preferably 0.5- 2.0% of the volume. 4. Шлифовальный инструмент по п. 2, в котором полимерный связующий агент содержит полиимид.4. The grinding tool according to claim 2, in which the polymeric binder contains polyimide. 5. Шлифовальный инструмент по п. 1 или 2, в котором матрица дополнительно содержит наполнитель в виде графита.5. The grinding tool according to claim 1 or 2, in which the matrix further comprises a filler in the form of graphite. 6. Шлифовальный инструмент по п. 1, в котором металлическое связующее является бронзовым сплавом, который содержит медь, олово и серебро.6. The grinding tool according to claim 1, in which the metal binder is a bronze alloy that contains copper, tin and silver. 7. Шлифовальный инструмент по п. 1, в котором абразивные частицы (5) являются алмазными частицами или частицами кубического нитрида бора.7. A grinding tool according to claim 1, wherein the abrasive particles (5) are diamond particles or particles of cubic boron nitride. 8. Шлифовальный инструмент по п. 7, в котором абразивные частицы (5) имеют средний размер частиц в диапазоне 4-181 мкм, предпочтительно в диапазоне от 46-91 мкм.8. A grinding tool according to claim 7, in which the abrasive particles (5) have an average particle size in the range of 4-181 microns, preferably in the range of 46-91 microns. 9. Шлифовальный инструмент по п. 8, в котором абразивные частицы (5) имеют покрытие из меди или никеля.9. A grinding tool according to claim 8, in which the abrasive particles (5) are coated with copper or nickel. 10. Способ изготовления шлифовального инструмента (1), включающий спекание абразивных частиц вместе с металлическим порошком, содержащим медь и олово, с получением матрицы (6), в которую внедрены абразивные частицы (5), при этом матрица, содержащая металлический связующий агент, является сплавом спеченной бронзы, причем перед спеканием к металлическому порошку добавляют нитрид кремния в виде порошка в таком количестве, что нитрид кремния составит 0,02-5,00 % от объема металлического связующего, при этом добавляемый нитрид кремния выполнен в форме зерен, которые имеют средний размер зерна меньше 10 мкм и больше 0,1 мкм.10. A method of manufacturing a grinding tool (1), comprising sintering abrasive particles together with a metal powder containing copper and tin, to obtain a matrix (6) into which the abrasive particles (5) are embedded, wherein the matrix containing a metal bonding agent is sintered bronze alloy, moreover, before sintering, silicon nitride is added to the metal powder in the form of a powder in such an amount that silicon nitride will be 0.02-5.00% of the volume of the metal binder, while the added silicon nitride is made in the form grains having an average grain size less than 10 microns and greater than 0.1 microns. 11. Способ по п. 10, в котором металлический порошок дополнительно содержит серебро.11. The method of claim 10, wherein the metal powder further comprises silver. 12. Способ по п. 10 или 11, в котором полимер добавляют к металлическому порошку перед спеканием, предпочтительно в виде порошка полиимида, с образованием полимерного связующего вещества, которое является частью матрицы (6).12. The method according to p. 10 or 11, in which the polymer is added to the metal powder before sintering, preferably in the form of a polyimide powder, with the formation of a polymeric binder, which is part of the matrix (6). 13. Способ по п. 10, в котором осуществляют смешивание порошкового материала для связующих веществ матрицы (6) с абразивными частицами (5), уплотнение смеси в холодном прессе, отверждение уплотненной смеси в промышленной печи при температуре в диапазоне от 380-520°C, предпочтительно 400-500°C, в течение 120-150 минут, после чего уплотненную и отвержденную смесь размещают в прессе, подвергают ее воздействию давлением 1500-2000 кг/см2, которое удерживают до достижения смесью температуры ниже 300°C.13. The method according to p. 10, in which the mixing of the powder material for the matrix binders (6) with abrasive particles (5), compacting the mixture in a cold press, curing the compacted mixture in an industrial furnace at a temperature in the range from 380-520 ° C , preferably 400-500 ° C, for 120-150 minutes, after which the compacted and cured mixture is placed in the press, subjected to a pressure of 1500-2000 kg / cm 2 , which is held until the mixture reaches a temperature below 300 ° C. 14. Способ по п. 10, в котором наполнитель добавляют к смеси металлического порошка и абразивных частиц (5) перед спеканием, причем наполнитель содержит графит. 14. The method according to p. 10, in which the filler is added to the mixture of metal powder and abrasive particles (5) before sintering, and the filler contains graphite.
RU2014106604/02A 2011-07-22 2012-07-18 Grinding tool for processing fragile materials and method of its manufacturing RU2594923C2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE1150720-9 2011-07-22
SE1150720A SE537723C2 (en) 2011-07-22 2011-07-22 A grinding tool for machining brittle materials and a process for making a grinding tool
PCT/SE2012/050842 WO2013015737A1 (en) 2011-07-22 2012-07-18 A grinding tool for machining brittle materials and a method of making a grinding tool

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014106604A RU2014106604A (en) 2015-09-10
RU2594923C2 true RU2594923C2 (en) 2016-08-20

Family

ID=47601365

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014106604/02A RU2594923C2 (en) 2011-07-22 2012-07-18 Grinding tool for processing fragile materials and method of its manufacturing

Country Status (15)

Country Link
US (1) US20140227952A1 (en)
EP (1) EP2734334B1 (en)
JP (1) JP5982725B2 (en)
KR (1) KR101861890B1 (en)
CN (1) CN103781596B (en)
AU (1) AU2012287547B2 (en)
BR (1) BR112014001447A2 (en)
CA (1) CA2842534A1 (en)
IL (1) IL230524A (en)
MX (1) MX358578B (en)
MY (1) MY169695A (en)
RU (1) RU2594923C2 (en)
SE (1) SE537723C2 (en)
WO (1) WO2013015737A1 (en)
ZA (1) ZA201400915B (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016208646A1 (en) * 2015-06-22 2016-12-29 京セラ株式会社 Cutter
JP6687231B2 (en) * 2015-07-15 2020-04-22 三井研削砥石株式会社 Polishing tool, method for manufacturing the same, and method for manufacturing an abrasive
CN109571291A (en) * 2018-12-20 2019-04-05 江苏友美工具有限公司 Multifunctional mill cuts diamond-impregnated wheel and its preparation process
WO2021161332A1 (en) * 2020-02-11 2021-08-19 INDIAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY MADRAS (IIT Madras) System and method for developing uni-layer brazed grinding wheels by placing grit in a pre-defined array

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1021586A1 (en) * 1982-01-27 1983-06-07 Всесоюзный научно-исследовательский конструкторско-технологический институт природных алмазов и инструмента Metallic binding for making diamond tool
RU2101164C1 (en) * 1995-11-22 1998-01-10 Институт сверхтвердых материалов им.В.Н.Бакуля НАН Украины Abrasive tool binder
US6063148A (en) * 1996-02-14 2000-05-16 Tyrolit Schleifmittelwerke Swarouski K.G. Grinding tool with a metal-synthetic resin binder and method of producing the same
JP2002001668A (en) * 2000-06-19 2002-01-08 Mitsubishi Materials Corp Metal bonded grinding wheel
JP2009241157A (en) * 2008-03-28 2009-10-22 Toray Ind Inc Grinding wheel and manufacturing method therefor

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61100374A (en) * 1984-10-23 1986-05-19 Toyota Banmotsupusu Kk Grinding wheel
JPS61111885A (en) * 1984-11-06 1986-05-29 Showa Denko Kk Molding for grinding
JP3052896B2 (en) * 1997-06-13 2000-06-19 日本電気株式会社 Dress jig on polishing cloth surface and method of manufacturing the same
US6066189A (en) * 1998-12-17 2000-05-23 Norton Company Abrasive article bonded using a hybrid bond
US6200208B1 (en) * 1999-01-07 2001-03-13 Norton Company Superabrasive wheel with active bond
JP2003094341A (en) * 2001-09-27 2003-04-03 Allied Material Corp Metal bond super abrasive grain grinding wheel
CN1646267A (en) * 2002-04-11 2005-07-27 昭和电工株式会社 Metal-coated abrasives, grinding wheel using metal-coated abrasives and method of producing metal-coated abrasives
WO2005108008A1 (en) * 2004-05-03 2005-11-17 3M Innovative Properties Company Backup shoe for microfinishing and methods
CN1788931A (en) * 2005-12-23 2006-06-21 湖南大学 Highly effective deep-grinding process for engineering ceramic material

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1021586A1 (en) * 1982-01-27 1983-06-07 Всесоюзный научно-исследовательский конструкторско-технологический институт природных алмазов и инструмента Metallic binding for making diamond tool
RU2101164C1 (en) * 1995-11-22 1998-01-10 Институт сверхтвердых материалов им.В.Н.Бакуля НАН Украины Abrasive tool binder
US6063148A (en) * 1996-02-14 2000-05-16 Tyrolit Schleifmittelwerke Swarouski K.G. Grinding tool with a metal-synthetic resin binder and method of producing the same
JP2002001668A (en) * 2000-06-19 2002-01-08 Mitsubishi Materials Corp Metal bonded grinding wheel
JP2009241157A (en) * 2008-03-28 2009-10-22 Toray Ind Inc Grinding wheel and manufacturing method therefor

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013015737A1 (en) 2013-01-31
KR20140061415A (en) 2014-05-21
KR101861890B1 (en) 2018-05-28
EP2734334A1 (en) 2014-05-28
ZA201400915B (en) 2014-11-26
IL230524A (en) 2017-10-31
CN103781596A (en) 2014-05-07
JP2014522740A (en) 2014-09-08
NZ620302A (en) 2015-12-24
MY169695A (en) 2019-05-13
AU2012287547B2 (en) 2017-02-02
SE1150720A1 (en) 2013-01-23
JP5982725B2 (en) 2016-08-31
US20140227952A1 (en) 2014-08-14
AU2012287547A1 (en) 2014-03-06
WO2013015737A9 (en) 2013-04-04
EP2734334B1 (en) 2022-11-02
CA2842534A1 (en) 2013-01-31
EP2734334A4 (en) 2015-11-11
MX2014000837A (en) 2014-07-09
SE537723C2 (en) 2015-10-06
IL230524A0 (en) 2014-03-31
MX358578B (en) 2018-08-27
BR112014001447A2 (en) 2017-02-21
RU2014106604A (en) 2015-09-10
CN103781596B (en) 2016-10-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI449601B (en) Abrasive processing of hard and/or brittle materials
TWI544064B (en) Bonded abrasive article and method of forming
JP2006346857A (en) Polishing tool
EP2699387B1 (en) Resin bonded grinding wheel
CN101434827A (en) Grinding medium containing ceramic particle, preparation and use thereof
KR20130062998A (en) Bonded abrasive articles, method of forming such articles, and grinding performance of such articles
RU2594923C2 (en) Grinding tool for processing fragile materials and method of its manufacturing
JP2015077683A (en) Method of grinding workpiece comprising superabrasive grain material
JP5594749B2 (en) Abrasive materials used for grinding superabrasive workpieces
JP5033814B2 (en) CUTTING TIP FOR CUTTING TOOL, CUTTING TIP MANUFACTURING METHOD, AND CUTTING TOOL
NZ620302B2 (en) A grinding tool for machining brittle materials and a method of making a grinding tool
CN113474123A (en) Metal bond grindstone containing glass filler
MXPA00009489A (en) Abrasive tools

Legal Events

Date Code Title Description
HE9A Changing address for correspondence with an applicant
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190719